5月18日，中國海洋大學海洋生命學院海洋生物遺傳與育種教育部重點實驗室方宗熙薩斯研究中心劉偉治團隊、中國科學院深圳先進技術研究院鐘超團隊以及劉志遠團隊的合作成果發表于《自然—通訊》。研究團隊經過多年研究，在扇貝足絲蛋白仿生材料研究領域取得重要研究進展。
生物仿生材料一直是材料領域的研究熱點和難點。為彌補當前組織修復材料、柔性傳感器和可穿戴設備材料在濕環境下延伸性差、恢復性差等不足，研究團隊多年來聚焦在濕環境下具有高延展性的扇貝足絲，克服了天然材料提取表征困難等技術難題，從扇貝足絲蛋白中首次報道了一種具有高延展性的纖維蛋白材料Sbp5-2，并聯合開展了材料組裝機制及應用研究，該研究加深了對蛋白基海洋生物材料組裝分子機制的認識，為未來開發具有自主知識產權的新型海洋生物醫用生物材料奠定了基礎。
研究人員首先對扇貝足絲結構和機械性能進行表征，發現其在濕環境下延伸性能可達自身尺寸的三倍長，超過了絕大多數天然的生物纖維。通過對足絲纖維部微觀結構進行觀察，發現足絲纖維由折疊的片層組成，并且富含β-sheet結構。研究團隊基于多組學技術從足絲纖維部篩選出關鍵蛋白組分Sbp5-2,該蛋白具有顯著的序列特點，即含有多個重復模塊（TRM）并且富含半胱氨酸。此外，團隊通過體外重組表達該蛋白的重復模塊序列成功制備了仿扇貝足絲的重組蛋白纖維。
該研究表明，重組絲具有扇貝足絲的層級結構和力學性能，具有顯著的延展性和自恢復能力；研究人員通過機制研究發現氫鍵、金屬羧基配位和二硫鍵為主的分子間交聯對rTRM7纖維的延伸性和自恢復能力有調控作用，即纖維內部水分子起到增塑作用從而提高纖維的延伸性，二硫鍵的存在可以顯著增強其拉伸強度同時降低其延伸性，鈣離子與蛋白的羧基形成配位鍵，并且提高了蛋白分中β-sheet含量，從而提高重組蛋白纖維的拉伸強度。
為了探索高延伸性重組蛋白纖維在生物醫學領域的應用，研究人員將石墨烯嵌入蛋白纖維中制備出同時具有高延伸性和高導電性能的纖維e-rTRM7, 蛋白纖維e- rTRM7具有非常良好的細胞相容性，并且在作為應變傳感器和電生理信號傳輸電極方面具有非常大的應用潛力。據了解，目前部分研究成果已申請新材料專利。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30415-3
官方微信
